一种自适应匹配电解负载动态阻抗的制氢电源的制作方法

本发明属于制氢电源，具体涉及一种自适应匹配电解负载动态阻抗的制氢电源。

背景技术：

1、制氢电源是将交流电整流成直流电的装置，其核心是电力电子器件，包括功率模块、控制电路板、断路器、滤波器、机柜等部件。目前制氢电源的技术路线基本为两种：晶闸管(scr)、绝缘栅双极晶体管(igbt)。在可再生能源制氢系统中，制氢电源向上承接电网电力，向下为电解槽提供稳定的直流电：(1)电网和风电供给的都是交流电，故需要通过ac/dc变流器将交流电变换为直流电；(2)光伏发出的直流电，则通过dc/dc变流器使直流电更为稳定、平整。

2、目前传统的制氢方式通常采用晶闸管制氢电源，其优点在于技术成熟且适用于大功率场景，缺点在于有高谐波问题，电力质量较低，需要配备谐波补偿或抗谐波装置，从而导致综合转化效率较低，此外，晶闸管电源响应速度与功率调节速度较慢，不适应新能源电网的高波动性。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种自适应匹配电解负载动态阻抗的制氢电源，以解决上述背景技术中提出的目前的制氢方式有高谐波问题，电力质量较低，需要配备谐波补偿或抗谐波装置，从而导致综合转化效率较低，此外，晶闸管电源响应速度与功率调节速度较慢，不适应新能源电网的高波动性的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自适应匹配电解负载动态阻抗的制氢电源，包括制氢电源系统，所述制氢电源系统包括主电路模块、控制系统模块和辅助模块，所述主电路模块包括ac/dc整流器、dc/dc变换器、变压器和滤波器，用于将交流电转换为稳定的直流电，并提供电解槽所需的直流电压；

3、所述控制系统模块包括中央控制器、数据采集单元、执行单元和人机交互界面，用于采集电流、电压、温度、浓度等数据，并根据预设的控制算法，实时调整电解槽电压，实现对电解负载动态阻抗的自适应匹配，提高制氢效率；

4、所述数据采集单元包括电流互感器、电压反馈线、超声波液体浓度检测仪、温度传感器和氢气流量计，用于采集电解槽的运行数据，并将数据传输至中央控制器；

5、所述辅助模块包括冷却系统和保护电路，用于保证制氢电源的安全、稳定运行。

6、优选的，所述制氢电源系统安装在防护机箱的内部，所述防护机箱的外侧铰接有箱门，所述防护机箱的上端安装有散热口，所述散热口的内部设置有散热扇。

7、优选的，所述执行单元根据中央控制器的指令，控制pwm占空比、变压器抽头等，实现对电解槽电压的调节。

8、优选的，所述ac/dc整流器采用三相pwm整流器，具有低谐波、响应速度快等优点，能够有效降低谐波污染，提高电力质量，并适应新能源电网的高波动性；

9、所述dc/dc变换器采用移相全桥变换器，能够将直流电转换为电解槽所需的直流电压，并进行电压调节；

10、所述变压器实现电压隔离和电压变换，保证电解槽的安全运行；

11、所述滤波器滤除电路中的谐波，提高输出电流质量。

12、优选的，所述中央控制器采用高性能处理器，能够快速处理数据，并根据预设的控制算法，实时调整电解槽电压，实现对电解负载动态阻抗的自适应匹配，提高制氢效率；

13、所述数据采集单元通过电流互感器、电压反馈线、超声波液体浓度检测仪、温度传感器和氢气流量计采集电解槽的运行数据，并将数据传输至中央控制器，为控制算法提供数据支持；

14、所述执行单元根据中央控制器的指令，控制pwm占空比、变压器抽头等，实现对电解槽电压的调节，从而实现对电解负载动态阻抗的自适应匹配；

15、所述人机交互界面采用触摸屏，方便用户操作和监控制氢电源的运行状态。

16、优选的，所述超声波液体浓度检测仪能够实时监测电解液的浓度，并将数据反馈给控制系统模块，以便控制系统模块根据浓度变化调整电解槽电压，从而提高制氢效率；

17、所述温度传感器能够实时监测电解液的温度，并将数据反馈给控制系统模块，以便控制系统模块根据温度变化调整电解槽电压，从而提高制氢效率；

18、所述氢气流量计能够实时监测氢气流量，并将数据反馈给控制系统模块，以便控制系统模块根据氢气流量变化调整电解槽电压，从而实现对制氢过程的实时监控和控制，提高制氢过程的可控性。

19、优选的，所述冷却系统采用风冷或液冷方式，能够将设备产生的热量及时排出，保证制氢电源在安全、稳定的环境中运行；

20、所述保护电路对制氢电源进行保护，例如过压、过流、短路保护等，提高设备的可靠性和使用寿命。

21、优选的，所述制氢电源系统采用模块化设计，易于扩展输出电流容量，满足不同规格电解槽的需求；

22、所述制氢电源系统具备自动化程度高，可储存历史数据、设置工艺曲线等功能，方便用户操作和使用。

23、优选的，所述制氢电源系统具备智慧氢能管理系统，具备运行监测、分析诊断、运营管理功能，方便用户对制氢过程进行监控和管理。

24、优选的，所述制氢电源系统适用于电网、光伏、风电供电的电解水制氢，以及碱性、pem电解水制氢工艺，具有广泛的应用范围。

25、与现有技术相比，本发明提供了一种自适应匹配电解负载动态阻抗的制氢电源，具备以下有益效果：

26、1、本发明通过设置主电路模块，实现了高效率、低谐波和高响应速度的制氢电源；传统的晶闸管制氢电源存在高谐波问题，电力质量较低，需要配备谐波补偿或抗谐波装置，从而导致综合转化效率较低。而igbt-pwm主电路模块具有低谐波、响应速度快，综合转换效率高等优点，能够有效降低谐波污染，提高电力质量，并适应新能源电网的高波动性，从而实现高效、稳定的制氢过程；

27、2、本发明通过设置基于电解阻抗负载动态自适应算法的控制系统模块，实现了对电解槽电压的实时调节，提高了制氢效率；传统的制氢电源无法根据电解槽的动态阻抗变化进行实时调节，导致制氢效率较低。而基于电解阻抗负载动态自适应算法的控制系统模块能够实时采集电流、电压、温度、浓度等数据，并根据预设的控制算法，实时调整电解槽电压，实现对电解负载动态阻抗的自适应匹配，从而提高制氢效率；

28、3、本发明通过设置超声波液体浓度检测仪和温度传感器，实现了对电解液浓度和温度的实时监测，提高了制氢过程的稳定性；电解液的浓度和温度对制氢效率有重要影响。超声波液体浓度检测仪和温度传感器能够实时监测电解液的浓度和温度，并将数据反馈给控制系统模块，以便控制系统模块根据浓度和温度变化调整电解槽电压，从而提高制氢过程的稳定性；

29、4、本发明通过设置氢气流量计，实现了对制氢过程的实时监控，提高了制氢过程的可控性；氢气流量计能够实时监测氢气流量，并将数据反馈给控制系统模块，以便控制系统模块根据氢气流量变化调整电解槽电压，从而实现对制氢过程的实时监控和控制，提高制氢过程的可控性；

30、5、本发明通过设置防护机箱和散热口，实现了对制氢电源的保护和散热，提高了设备的可靠性和使用寿命；防护机箱能够有效保护制氢电源免受外界环境的影响，散热口则能够将设备产生的热量及时排出，从而保证制氢电源在安全、稳定的环境中运行，提高设备的可靠性和使用寿命。